Effetti della respirazione ipossica

Respirazione. Il respiro significa semplicemente manipolare consapevolmente il respiro per ottenere il risultato desiderato. Esistono molti tipi di respirazione per obiettivi diversi. Un intero segmento dello yoga, chiamato pranayama, sfrutta il potere della manipolazione del respiro per vari benefici per la salute. Lo studio attuale non utilizza una tecnica specifica delle antiche tradizioni ma combina due tecniche di base radicate nella letteratura occidentale: la respirazione a ritmo lento e l’allenamento con apnea ipossica.

Breathwork: respirazione a ritmo lento. Lo studio della respirazione a ritmo lento (SPB) è emerso dall'osservazione che la frequenza cardiaca segue il respiro: la frequenza cardiaca aumenta durante l'inspirazione e diminuisce durante l'espirazione. Diversi processi fisiologici entrano in allineamento quando la respirazione viene mantenuta a una frequenza costante di circa 0,1 Hz (6 respiri al minuto). Poiché una respirazione più lenta richiede un volume corrente maggiore, l’SPB provoca cambiamenti ritmici nella pressione sanguigna, che innescano la risposta baroriflesso. Il baroriflesso implica la comunicazione dal corpo al tronco encefalico e ai centri cerebrali superiori tramite afferenze del nervo vago. Il cervello si proietta indietro attraverso il nervo vago fino al cuore, rilasciando acetilcolina, per causare un rallentamento temporaneo del cuore. Poiché il respiro tipico (almeno nella nostra cultura) è solitamente molto più veloce e meno regolare, questa risonanza non viene raggiunta nella normale vita quotidiana, portando a una ridotta funzione parasimpatica. Praticare l’SPB può aiutare a ripristinare la salute recuperando il corretto equilibrio autonomo. Ad esempio, la pressione sanguigna viene drasticamente ridotta durante l’SPB, insieme ad una maggiore sensibilità del baroriflesso. La pressione sanguigna sistolica è stata ridotta nei pazienti ipertesi dopo 8 e 12 settimane di pratica dell'SPB. Può anche ridurre la pressione sanguigna e aumentare l’assorbimento di ossigeno negli abitanti del livello del mare esposti ad altitudini elevate.

Oltre ai target del tronco cerebrale delle afferenze vagali, il ponte dorsale, la materia grigia periacqueduttale, il cervelletto, l'ipotalamo, il talamo e le cortecce insulari laterali e anteriori mostrano anche attività sulla risonanza magnetica funzionale (fMRI) durante SPB (Critchley et al., 2015) . È stato anche dimostrato che una pratica regolare di SPB per 8 settimane aumenta la connettività funzionale tra la corteccia prefrontale ventromediale e l'insula, l'amigdala, il cingolo medio e la corteccia prefrontale laterale rispetto ai controlli (Schumann et al., 2021).

Respirazione: trattenere il respiro. Vari percorsi di ricerca hanno dimostrato i sorprendenti benefici del basso livello di ossigeno intermittente. Nel corso dei secoli, culture diverse hanno avuto un certo livello di consapevolezza riguardo alla necessità di respirare di meno o di spostarsi in quota per motivi di salute. Studi specifici iniziarono ad essere condotti quando gli esseri umani iniziarono ad attività ad alta quota come il volo in mongolfiera e l'alpinismo e da lì sono state fatte molte scoperte sui benefici della bassa quantità di ossigeno. Ad esempio, vivere ad alta quota per gli atleti conferisce vantaggi per l’allenamento e la competizione al livello del mare, e i maestri yogi hanno insegnato il pranayama (tecniche di respirazione) che limitano l’esposizione all’ossigeno per vari benefici come la riduzione dello stress o la liberazione della mente. Ma queste sono solo le conseguenze più evidenti della carenza di ossigeno. Ancora più sorprendente è che il precondizionamento ipossico protegge da successivi stimoli ischemici che normalmente porterebbero alla morte neuronale. È stato anche dimostrato che la riduzione dell’ossigeno stimola i fattori di crescita, aumenta la neurogenesi, migliora il flusso sanguigno al cervello e aumenta l’attività antiossidante. Si ritiene che il meccanismo di tali benefici coinvolga principalmente i fattori inducibili dall’ipossia (HIF), che portano a effettori a valle come l’eme-ossigenasi-1, le proteine ​​da shock termico, i fattori di crescita, l’eritropoietina e altro ancora. Pertanto, per quanto possa sembrare controintuitivo, limitare l’ossigeno, riducendo le miscele di ossigeno, l’altitudine o trattenendo il respiro, è un modo efficace per stimolare le capacità naturali del corpo di aumentare i fattori che promuovono la salute.

Imaging cerebrale EEG del respiro. In questo studio, utilizzeremo un cappuccio EEG a 128 canali per registrare l'EEG dell'intera testa che consentirà la scomposizione nell'attività della sorgente corticale utilizzando l'analisi delle componenti indipendenti (ICA). Questa tecnica ha il vantaggio di separare le attività provenienti da diverse aree del cervello (invece che dalle posizioni del cuoio capelluto) e quindi di osservare le loro interazioni transitorie durante compiti specifici. In questo studio, esamineremo l'attività della sorgente durante la respirazione ritmica guidata e le sequenze di apnea per osservare la potenza di frequenza e le coerenze che caratterizzano questi stati. L'effetto dell'ipossia sull'EEG non è stato studiato approfonditamente e i rapporti preliminari sono vari, in parte a causa delle diverse tecniche per indurre l'ipossia. Ad esempio, è stato dimostrato che l'ipossia ipobarica aumenta le frequenze alfa (~8-12 Hz) e theta (~4-7 Hz) in uno studio, ma diminuisce le frequenze alfa in altri due studi, sebbene entrambi abbiano riscontrato un aumento consistente delle frequenze alfa (~8-12 Hz) e theta (~4-7 Hz). potere theta. È stato anche dimostrato che l’apnea normobarica diminuisce l’attività alfa. Inoltre, è stato notato che l'ipercapnia, o l'aumento dell'anidride carbonica (CO2) (che si verifica anche durante l'apnea), diminuisce l'alfa, così come il beta (~13-30 Hz) e il basso gamma (~30-50 Hz) utilizzando la magnetoencefalografia. .

L'SPB dispone anche di una piccola letteratura che mostra i cambiamenti spettrali durante e dopo la respirazione controllata. Uno studio su una specifica tecnica di pranayama ha mostrato un aumento theta durante l’SPB che diminuisce durante la meditazione successiva, mentre il potere alfa diminuisce durante l’SPB e diminuisce ulteriormente durante la meditazione. Utilizzando un diverso disegno sperimentale, un altro studio ha mostrato aumenti progressivi della potenza totale e di tutte le bande spettrali (theta, alfa, beta) quando i soggetti eseguivano respirazione rapida, respirazione normale e SPB. Tuttavia, un altro studio ha rilevato una diminuzione della bassa potenza beta durante l’SPB rispetto alla respirazione rapida. È stato anche dimostrato che l'SPB sincronizza i potenziali corticali lenti e la variabilità della frequenza cardiaca (HRV), portando a uno stato soggettivamente rilassante per i soggetti.

Sebbene questi rapporti mostrino una chiara evidenza di cambiamenti EEG durante la manipolazione volontaria del respiro, i loro risultati sono incoerenti e utilizzano solo le tecniche di analisi più basilari. Nel presente studio, intendiamo estendere questi risultati scomponendo i dati EEG ad alta densità in componenti indipendenti utilizzando l'ICA ed esaminare la coerenza e la causalità dell'attività EEG per mostrare il livello di connessione cerebrale e le direzioni del flusso di informazioni durante questi stati di coscienza alterata.

Fisiologia, biochimica e biologia molecolare. Non sono stati intrapresi studi per integrare le risposte fisiologiche, biochimiche e biologiche molecolari del respiro negli esseri umani. Gli studi hanno valutato i cambiamenti del trascrittoma durante lo Yoga che mostrano gli effetti principali sulla modulazione immunitaria, ma questi sono complicati da processi che includono il respiro oltre ad altre manipolazioni. Il nostro sarà il primo studio a integrare più endpoint multi-omici fisiologici e biologici per studiare l’impatto dell’allenamento della respirazione.